專利名稱：可抽出轉換器單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于將機械能轉換為電能的發電機所用的靜態勵磁系統。更具體而言，本發明涉及靜態勵磁系統的可抽出轉換器單元和具有這種可抽出轉換器單元的靜態勵 磁系統。
背景技術：
靜態勵磁系統借助于如功率半導體開關等靜態構件及其電子控制用于發電機的 啟動，其中功率半導體開關例如為晶閘管。靜態勵磁系統可在發電機的啟動階段對發電機 的勵磁繞組饋送電流，從而激勵發電機中的磁場。例如，靜態勵磁系統可通過使用晶間管轉 換器直接控制勵磁電流，來調節同步機的端電勢和無功功率流。如果靜態勵磁系統的關鍵構件發生故障，則整個靜態勵磁系統可能不得不關閉以 進行維護。
發明內容本發明的目的是提供一種具有很高可用性的靜態勵磁系統。本發明的一個方面是用于靜態勵磁系統的轉換器單元。根據本發明的實施例，轉換器單元包括轉換器模塊和轉換器框架。轉換器模塊安 裝至轉換器框架，使得在靜態勵磁系統工作時，轉換器模塊可以從工作位置移動至維護位 置。轉換器模塊可適于從轉換器框架拉出或抽出。換句話說，用于靜態勵磁系統的轉換器單元可包括可抽出轉換器模塊，使得可以 在靜態勵磁系統工作期間對轉換器模塊進行維護。在轉換器模塊移出轉換器框架的移動期間，從轉換器模塊到轉換器框架的電連接 可被斷開或者轉換器模塊可被切斷，使得無需關閉整個靜態勵磁系統即可快速更換存在故 障的轉換器模塊。在安全測試位置，即在維護位置對轉換器模塊進行在線修理和測試是可 能的。根據本發明的實施例，轉換器模塊機械和/或電連接至轉換器框架，使得在靜態 勵磁系統工作時，轉換器模塊適于在維護位置進行更換。例如，當轉換器模塊被從轉換器框 架抽出時，電連接可被斷開，或者機械連接可被斷開，使得轉換器模塊可從轉換器框架中移
出ο根據本發明的實施例，轉換器模塊適于在從工作位置移動至維護位置時被切斷。 切斷的轉換器模塊可以是從靜態勵磁系統電斷開的轉換器模塊，但也可以是通過例如控制 線等一些電線仍然連接至靜態勵磁系統但不對發電機的勵磁電流進行調節的轉換器模塊。在維護位置，維護技師可容易地接近轉換器模塊，可以修理、可以測試或者可以從 轉換器框架上機械地斷開或拆下轉換器模塊。例如，在維護位置的轉換器模塊可以不工作 或者可以被切斷。根據本發明的實施例，轉換器模塊包括如晶閘管等功率半導體。功率半導體可用來調節發電機的勵磁電流。轉換器單元還可適于在轉換器模塊離開工作位置時例如借助于可安裝至轉換器模塊上的控制器來切斷功率半導體。轉換器單元可包括可選地具有組合緩 沖器的六脈沖線換流晶閘管轉換器(6-pulse line commutated thyristor converter)。 控制硬件或控制器可安裝至轉換器模塊的頂部。根據本發明的實施例，框架具有用于轉換器模塊的容座。在工作位置轉換器模塊 可安裝至容座中，但可將轉換器模塊從容座拉出至維護位置。根據本發明的實施例，全部或一些功率部件例如功率半導體可安裝在轉換器模塊 的內部。用于緩沖電路的緩沖電阻可安裝在轉換器模塊的背部或轉換器模塊的外部，處于 可被更好地冷卻的位置，例如位于冷卻單元的排氣通道中。為了保護緩沖電阻使其不會過熱，當轉換器單元未運行或工作時，可切斷緩沖電 阻。這可在轉換器模塊從工作位置移出至維護位置期間由控制硬件進行。根據本發明的實施例，轉換器單元包括可以是拉出導軌的導軌。導軌可附接在轉 換器框架上和轉換器模塊上，使得能夠將轉換器模塊從工作位置從轉換器框架中抽出或拉 出至維護位置。轉換器模塊可放在導軌上使得轉換器模塊適于在維護位置上被升高以離開 導軌。根據本發明的實施例，轉換器模塊豎立在兩根拉出導軌上。當轉換器完全從框架 中拉出時，轉換器模塊可被升高以離開導軌并進行更換或現場修理。可以使用起重機，采用 或不采用升降設備，或者借助于具有高度可調平臺的特殊吊運車來進行升高以離開導軌。根據本發明的實施例，轉換器框架包括高電勢插座并且轉換器模塊包括高電勢插 頭，或者反之亦然。高電勢插座和高電勢插頭在工作位置可電連接，并且高電勢插座和高電 勢插頭在維護位置可斷開。轉換器模塊和轉換器框架之間的所有電連接可以都是可斷開 的。例如，當轉換器模塊從轉換器框架中抽出時，它們可以是可自動斷開的。根據本發明的實施例，轉換器框架包括插座蓋，其中當轉換器模塊位于維護位置 時，插座蓋適于覆蓋高電勢插座。插座蓋可以通過轉換器模塊的拉出，即轉換器模塊的位置 被觸發。當將轉換器模塊從轉換器框架中拉出時，插座蓋覆蓋高電勢插座的移動可以是自 動的。位于轉換器框架上的高電勢插座或者說具有高電勢(AC和/或DC，電壓和/或電 流)的插座可以被絕緣插座蓋覆蓋。根據本發明的實施例，插座蓋可包括插座蓋板。當轉換器模塊位于工作位置時，插 座蓋板可適于在模塊處于工作位置或在模塊移進工作位置時從高電勢插座滑離以提供至 更高電勢插座的入口。插座蓋板的閉合可以借助于可由移動的轉換器模塊致動的彈簧來驅 動。當轉換器模塊不在工作位置時，插座蓋板可機械地鎖定在閉合位置。根據本發明的實施例，轉換器單元包括桿，其中桿可適于在轉換器模塊移入工作 位置時由操作人員致動。桿適于在被致動時打開插座蓋。在將轉換器模塊拉入轉換器框架 中時，插座蓋可在高電勢插頭到達高電勢插座前不久借助于桿打開，其中高電勢插頭可以 是陽性連接器或陰性連接器。根據本發明的實施例，轉換器單元包括移動裝置，該移動裝置適于在工作位置和 維護位置之間的路途的至少一部分中移動轉換器模塊，和/或反之亦然。在工作位置和維 護位置之間的路途的第一部分中，模塊可借助于移動裝置被推入或拉出。在路途的第二部分中模塊可由手推入或拉出。路途的第一部分可以是在工作位置和插座蓋閉合的位置之間 的路途。在路途的該第一部分中，轉換器模塊可借助于移動裝置被拉入。根據本發明的實施例，該移動裝置可以是螺釘。根據本發明的實施例，轉換器單元包括位置檢測傳感器，其中位置檢測傳感器適 于檢測轉換器模塊是處于工作位置還是正在移入工作位置。根據本發明的實施例，位置檢測傳感器適于檢測轉換器模塊是處于維護 位置還是 正在移入維護位置。根據本發明的實施例，位置檢測傳感器包括位置開關，其中當轉換器單元從工作 位置移至維護位置時，該位置開關被致動。位置開關還可在轉換器單元從維護位置移至工作位置時被致動。根據本發明的實施例，轉換器模塊包括位置開關。模塊位置的控制反饋可以由安裝在轉換器模塊上的至少一個位置開關例如兩個 位置開關給出。當將轉換器模塊從轉換器框架移除或抽出時，一個或多個位置開關可向控 制器發送信號，從而在電連接斷開之前停止轉換器模塊的工作。為了更加安全，轉換器模塊的工作可由可手動致動的撥動開關停止。這可以例如 通過阻斷從控制器至轉換器模塊的脈沖來進行，其中脈沖用于切換功率半導體的柵極。根據本發明的實施例，轉換器包括控制器，其中控制器適于在轉換器模塊離開工 作位置時切斷轉換器模塊的功率半導體。控制器可適于從位置檢測傳感器或從撥動開關接 收信號。該信號可包含轉換器模塊的位置的信息。根據本發明的實施例，轉換器單元包括定位裝置。該定位裝置適于在轉換器模塊 移入工作位置時對轉換器模塊進行定位。定位裝置可通過高電勢插座和高電勢插頭能夠匹 配的方式對轉換器模塊進行定位。轉換器框架可包括該定位裝置。根據本發明的實施例，定位裝置包括定心螺栓和端部止動件中的至少一個。對模 塊或模塊的工作位置的定位可通過定心螺栓和機械端部止動件來確保。轉換器模塊可通過 另外的螺釘固定在工作位置。根據本發明的實施例，轉換器模塊包括緩沖電路，該緩沖電路用于對由轉換器單 元調節后的電流中的振蕩進行緩沖。緩沖電路可包括至少一個緩沖電阻。當轉換器模塊離 開工作位置時，轉換器單元可適于切斷緩沖電阻。適于切斷緩沖電阻的可以是控制器。根據本發明的實施例，轉換器單元包括第一冷卻單元和第二冷卻單元。第一冷卻 單元和/或第二冷卻單元可適于冷卻轉換器單元的構件。所述轉換器單元的構件可以是轉 換器模塊、功率半導體、晶閘管、緩沖電路或緩沖電阻。冷卻單元可以是用于使用空氣來冷 卻構件的風扇。備用的冷卻單元可以使能夠在靜態勵磁系統的工作期間交換冷卻單元。根據本發明的實施例，第二冷卻單元和/或第一冷卻單元可適于在第一冷卻單元 或第二冷卻單元分別被抑制時開始冷卻轉換器單元的構件。S卩，兩個冷卻單元中的一個可 適于接替另一個冷卻單元的功能。冷卻單元可以是轉換器單元的備用構件。冷卻單元中的一個的被抑制可以通過將其從轉換器單元移除來觸發。同樣在發生 故障的情況下，冷卻單元也可能被抑制。根據本發明的實施例，第二冷卻單元可在第一冷卻單元被切斷時接通。[0041]根據本發明的實施例，轉換器單元可包括冷卻單元拉出傳感器，該冷卻單元拉出 傳感器適于檢測第一冷卻單元何時從轉換器單元斷開。例如，可將第一冷卻單元從轉換器 框架的容座中拉出。該傳感器可布置在容座內部以檢測第一冷卻單元是否從該容座中拉 出。該傳感器可連接至控制器，控制器可適于在傳感器檢測到第一冷卻單元離開容座的移 動時使第二冷卻單元起作用。本發明的另一方面是具有上文和下文說明的轉換器單元的靜態勵磁系統。根據本發明的實施例，靜態勵磁系統可包括多個轉換器單元。例如，靜態勵磁系統 可包括一至五個轉換器單元。轉換器單元可同時工作和/或可以是備用的。例如，當一個轉換器單元的轉換器模塊被從相應的轉換器單元抽出時，該轉換器 模塊可被切斷并且其他轉換器單元可接替具有該被切斷的模塊的轉換器單元的功能性。例 如，備用的轉換器單元可接替該功能性。這使得能夠在靜態勵磁系統的工作期間更換轉換 器單元的不活躍的轉換器橋，而且可顯著地減少平均恢復時間(MTTR)。進而對抽出的轉換 器模塊進行修理、維護或完全更換是可能的。從下文說明的實施例及參考實施例進行的闡述，本發明的這些和其他方面將變得 明顯。
下面，參照附圖對本發明的實施例更詳細地進行說明。圖1示出了根據本發明的示例性實施例的靜態勵磁系統。圖2示出了根據本發明的示例性實施例的轉換器單元。
具體實施方式
圖1示出了電連接至發電機12和電網14的靜態勵磁系統10。靜態勵磁系統10 的五個轉換器單元20通過電力線16連接至電網14。在發電機12的啟動階段，靜態勵磁系 統10通過電力線16從電網14汲取電力。轉換器單元20調節電流以使經由電力線22獲 取電流的發電機12的勵磁繞組被激勵。該電流調節借助于轉換器單元20內部的晶閘管接 通和切斷電流而進行。由于勵磁繞組的激勵，在發電機12內感應出磁場并且發電機12能 夠開始將機械能轉化為電能。發電機12產生的電能通過電力線18供給電網14。圖2示出了轉換器單元20。圖1示出的所有轉換器單元20均可設計成如圖2所 示的轉換器單元20。轉換器單元20包括L形的轉換器框架30。轉換器單元20還包括借助于兩個拉出 導軌36安裝在L形框架30或L框架30上的轉換器模塊32。轉換器單元20示于導軌36 拉出或伸出的維護位置。在工作位置，轉換器模塊32安裝在轉換器框架的容座33中。轉換器模塊32具有大致為立方體的形狀，并帶有矩形基座37，該矩形基座37借助 于兩個可以是卡扣配合件或螺釘的固定裝置39附接在兩個導軌36上。在L框架30的基座中，有兩個帶有兩個用于冷卻轉換器單元20和轉換器模塊32 的風扇34a和34b的容座。用于調節發電機的勵磁電流的晶閘管位于轉換器模塊32的殼體內部。在轉換器 模塊32的背側，即面向L框架32的方向的一側，在從兩個風扇34a和34b產生的冷卻空氣流的排氣通道內部安裝有一個或多個緩沖電阻。在轉換器模塊的頂部安裝有控制硬件38 或控制器38。轉換器模塊32的高電勢插頭(high potential plug)位于轉換器模塊32的背側。 與轉換器模塊32的高電勢插頭相對，轉換器框架30包括由可滑動插座蓋40或蓋板40覆 蓋的高電勢插座(high potential socket)。所示轉換器單元示于轉換器模塊32位于維護位置的抽出狀態，即，轉換器模塊32 借助于導軌36從轉換器框架30抽出。在從工作位置移動到維護位置期間，高電勢插頭已 從高電勢插座斷開并且轉換器模塊32已對關閉了插座蓋40的桿進行了致動。用于對轉換器模塊32進行定位的定心螺栓42在導軌36的方向上從轉換器框架 30突出。在定心螺栓42的下方具有孔44，該孔44具有用于螺釘46的內螺紋。在轉換器模 塊32移入工作位置的移動最后部分，轉換器模塊32由定心螺栓42引導，并且可借助于可 旋入繞組44或內螺紋44中的螺釘46移入工作位置。定心螺栓42、孔44和螺釘46位于轉 換器單元20的左側或第一側。在轉換器單元20的右側或第二側具有第二定心螺栓、具有 螺紋的第二孔和第二螺釘。在轉換器模塊32的左側具有位置開關48，該位置開關48由固定于轉換器框架30 一側的懸臂50切換。轉換器模塊32具有附接于轉換器模塊32頂部的導軌形式的接地插頭52。當轉換 器模塊32移入工作位置時，接地插頭52與附接于轉換器框架30上的相應插座54接合，以 確保轉換器模塊32經由轉換器框架30正確接地。在轉換器模塊32的前頂側安裝有撥動開關56。通過撥動開關56可以切斷轉換器 單元20。盡管在附圖和前述說明中已經詳細例示和說明了本發明，但認為這些例示和說明是例示性的或示例性的，而并非限制性的；本發明不限于公開的實施例。本領域技術人員和 實施要求保護的發明的技術人員可通過研究附圖、公開內容和所附權利要求來理解和實現 所公開實施例的其他變更。在權利要求中，用語“包括”不排除其他元件或步驟，而不定冠 詞“一”或“一個”不排除多個。單個處理器或控制器或其他單元可實現權利要求中所述若 干項的功能。互相不同的從屬權利要求中闡述某些措施的純粹事實并不表示這些措施的組 合不能更為有利地被采用。權利要求中的任何附圖標記不應被視作是對范圍的限制。附圖標記10 靜態勵磁系統12 發電機14 電網16 電力線18 電力線20 轉換器單元22 電力線30 轉換器框架32 轉換器模塊[0073]33容座34a風扇34b風扇36導軌37轉換器模 塊基座38控制器39固定裝置40蓋板42定心螺栓44內螺紋46螺釘48位置開關50懸臂52接地插頭54接地插座56撥動開關
權利要求一種用于靜態勵磁系統(10)的轉換器單元(20)，所述轉換器單元(20)包括轉換器模塊(32)；轉換器框架(30)；其中所述轉換器模塊(32)安裝至所述轉換器框架(30)，使得當所述靜態勵磁系統(10)工作時，所述轉換器模塊(32)可從工作位置移動至維護位置。
2.根據權利要求1所述的轉換器單元，包括 導軌(36)；其中所述導軌(36)附接至所述轉換器框架(30)和所述轉換器模塊(32)，使得能夠將 所述轉換器模塊(32)從所述轉換器框架(30)中從所述工作位置抽出到所述維護位置。
3.根據權利要求1或2所述的轉換器單元， 其中所述轉換器框架(30)包括高電勢插座， 其中所述轉換器模塊(32)包括高電勢插頭，其中所述高電勢插座和所述高電勢插頭在所述工作位置連接； 其中所述高電勢插座和所述高電勢插頭在所述維護位置斷開。
4.根據權利要求3所述的轉換器單元， 其中所述轉換器框架(30)包括插座蓋(40)，其中所述插座蓋(40)適于在所述轉換器模塊(32)位于所述維護位置時覆蓋所述高電 勢插座。
5.根據權利要求4所述的轉換器單元，包括 桿；其中所述桿適于在所述轉換器模塊(32)正在從所述工作位置移出時由所述轉換器模 塊(32)致動；其中所述桿適于在被致動時關閉所述插座蓋(40)。
6.根據權利要求5所述的轉換器單元，包括 移動裝置；其中所述移動裝置適于在所述工作位置和所述維護位置之間的路途的至少一部分中 移動所述轉換器模塊(32)。
7.根據權利要求6所述的轉換器單元， 其中所述移動裝置是螺釘。
8.根據權利要求7所述的轉換器單元，包括 位置檢測傳感器(48)，其中所述位置檢測傳感器(48)適于檢測所述轉換器模塊(32)是處于所述工作位置還 是處于所述維護位置。
9.根據權利要求8所述的轉換器單元，其中所述位置檢測傳感器包括位置開關(48)，其中當所述轉換器單元從所述工作位置移動至所述維護位置時，該位置開關(48)被 致動。
10.根據權利要求9所述的轉換器單元，包括 控制器(38)；其中所述控制器適于在所述轉換器模塊(32)離開所述工作位置時切斷所述轉換器模 塊(32)的功率半導體。
11.根據權利要求10所述的轉換器單元，包括 定位裝置(42)，其中所述定位裝置(42)適于在所述轉換器模塊(32)移入所述工作位置時對所述轉換 器模塊(32)進行定位。
12.根據權利要求11所述的轉換器單元，其中所述定位裝置包括定心螺栓(42)和端部止動件中的至少一個。
13.根據權利要求1所述的轉換器單元， 其中所述轉換器模塊(32)包括緩沖電路， 其中所述緩沖電路包括緩沖電阻，其中所述轉換器單元(20)適于在所述轉換器模塊(32)離開所述工作位置時切斷所述 緩沖電阻。
14.根據權利要求1所述的轉換器單元，包括 第一冷卻單元(34a)和第二冷卻單元(34b)；其中所述第一冷卻單元(34a)適于冷卻所述轉換器單元(20)的構件； 其中所述第二冷卻單元(34b)適于在所述第一冷卻單元(34a)被抑制時開始冷卻所述 轉換器單元(20)的構件。
15.一種靜態勵磁系統(10)，包括根據權利要求1至14之一所述的轉換器單元(20)。
專利摘要本實用新型涉及一種可抽出轉換器單元。用于靜態勵磁系統(10)的轉換器單元(20)包括可抽出轉換器模塊(32)，使得可以在靜態勵磁系統(10)的工作期間維護或者甚至交換轉換器模塊(32)。
文檔編號H02P9/14GK201571011SQ20092017800
公開日2010年9月1日 申請日期2009年7月28日 優先權日2009年7月28日
發明者M·韋斯 申請人:Abb瑞士有限公司